肖振鵬，鄭宜忠，黃桂樹

(1.吉林省高速公路管理局，吉林長春 130022;2.中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北石家莊 050081)

0 引言

較早時期，微波通信又被理解為微波接力通信，即一點對一點的干線接力傳輸。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，通信需求的增加，微波通信技術(shù)也有了較大發(fā)展，比如實現(xiàn)了點對多點雙向通信，即多址通信技術(shù)。

微波多址通信技術(shù)中，考慮設(shè)備成本，使用效率等因素，大多采用時分多址(TDMA)技術(shù)，本文從使用和實際設(shè)計出發(fā)，簡要分析了3種常用多址技術(shù)的特點，并結(jié)合實例，介紹了1種TDMA微波通信的時延調(diào)整技術(shù)，通過各外圍站和中心站在正式通信前的幀定位信息溝通，計算并確定適時傳輸時延，從而實現(xiàn)自動時延調(diào)整。

1 多址技術(shù)與TDMA微波通信

簡而言之，多址通信技術(shù)就是根據(jù)信號分割原理，把頻率資源以頻帶、時間、空間和碼型等參數(shù)，分成相互正交或準正交的子空間，即信道。再把這些信道以適當?shù)姆绞椒峙浣o那些需要通信的各個地點的用戶，就實現(xiàn)了多址通信。常見的分配方式有按需分配、預分配和自適應(yīng)分配等。

基本的多址通信方式有3種:即頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)。頻分多址技術(shù)是以不同的頻率信道而實現(xiàn)點對多點的分配，碼分多址技術(shù)是以不同的代碼序列實現(xiàn)多址通信，而時分多址是以不同的時隙分配來實現(xiàn)多址通信。本文介紹的TDMA微波傳輸系統(tǒng)，就是基于時分多址技術(shù)的多址通信系統(tǒng)，是一種實現(xiàn)共享傳輸介質(zhì)或網(wǎng)絡(luò)的通行技術(shù)。它把時間分割成周期性的幀，每一幀再分割成若干個時隙，通過介質(zhì)或者網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信號。在滿足定時和同步的條件下，接收方可以分別在各個時隙中接收到對應(yīng)的信號而不混擾。時分多址技術(shù)的最大優(yōu)點是頻譜利用率高，與頻分多址相比，可以有多用戶使用同一信道，且用戶傳輸速率變化比較靈活。與碼分多址相比，又有技術(shù)難度和設(shè)備復雜度低的優(yōu)點，是無線電通信系統(tǒng)中較常用也很實用的多址通信技術(shù)。

TDMA微波通信系統(tǒng)，一般由一個中心站和多個外圍站組成，各外圍站相對中心站距離遠近不同，點對3點系統(tǒng)組成如圖1所示。

2 時延的計算方法

傳輸時延是指一個站點從開始發(fā)送數(shù)據(jù)幀到數(shù)據(jù)幀發(fā)送完畢所需要的全部時間，也可說是接收站點接收一個數(shù)據(jù)幀的全部時間。

信號從發(fā)射端經(jīng)過無線傳輸?shù)竭_接收端以后，會有時間上的延遲。引起的原因有以下幾種:①由于基帶和調(diào)制解調(diào)的處理過程，會對信息產(chǎn)生一定的延遲，該延遲只與處理電路有關(guān)，在確定處理電路后，其數(shù)值是固定的;②微波遠距離傳輸，同樣會給信號帶來延遲，這個延遲會根據(jù)傳輸距離的變化而發(fā)生變化。

微波遠距離傳播時延計算公式:

式中，c為真空光速3×108m/s;

d為無線傳輸距離。

傳輸時延調(diào)整bit計算公式:

式中，v為微波通信設(shè)備傳輸信號的群路信息速率。

按上述計算方法，假設(shè)微波傳輸距離最大為30 km，則微波雙向傳播時延為20 ms;傳輸信號的群路速率為2560 kb/s，則微波傳輸時延調(diào)整bit則達到512 bit。而數(shù)字電路處理過程傳輸時延為10 bit，則總的時延調(diào)整bit為522 bit。

3 時延調(diào)整

由于點對多點通信系統(tǒng)各外圍站與中心站通信距離遠近各不相同，系統(tǒng)要求各個外圍站根據(jù)自己與中心站通信距離的遠近，設(shè)定向中心站發(fā)送信號時刻，從而保證信號能夠“準時”的到達中心站。

TDMA模式的點對多點通信，必須采取措施保證各外圍站上報數(shù)據(jù)信號在中心站各個接收時隙中不混擾?，F(xiàn)有保證措施有2種:一是在傳輸時隙中預留距離保護比特，這種方法會增加傳輸冗余度，增加設(shè)備傳輸帶寬;另一種是進行時延調(diào)整，通過提前預設(shè)時延調(diào)整值，減少距離保護比特，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。上下行幀收發(fā)對應(yīng)關(guān)系和時延調(diào)整示意圖如圖2所示。

圖2 上下行幀收發(fā)對應(yīng)關(guān)系和時延調(diào)整示意圖

時延調(diào)整就是用于抵消收發(fā)數(shù)字處理的固定時延和遠距離通信帶來的傳輸時延。通常的時延調(diào)整方法有人工設(shè)置和自動調(diào)整2種方法。人工設(shè)置方法就是人工計算，通過設(shè)備監(jiān)控操作，直接輸入時延調(diào)整值，外圍站根據(jù)輸入值進行時延調(diào)整;自動調(diào)整方法為外圍站上傳管理幀，中心站根據(jù)各個外圍站上報管理幀起始位置和本地接收管理幀起始位置，自動計算時延調(diào)整值，再通過下行管理信息以廣播方式發(fā)送給各個外圍站，外圍站根據(jù)接收到的時延調(diào)整值自動進行時延調(diào)整，上報數(shù)據(jù)信息，從而實現(xiàn)時延自動調(diào)整。自動時延調(diào)整所帶來的好處就是更方便、更快捷、更準確。

4 TDMA幀結(jié)構(gòu)設(shè)計

在本設(shè)計中，上下行幀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)一一對應(yīng)關(guān)系，這樣給幀結(jié)構(gòu)的管理帶來了很大的好處。因此，上行幀結(jié)構(gòu)需要依據(jù)下行幀結(jié)構(gòu)來進行定位。這要求外圍站只有在接收到中心站信號并完成下行幀同步以后，才可以根據(jù)給自己分配的時隙，向中心站發(fā)送數(shù)據(jù)。同時考慮管理信道，用于外圍站的動態(tài)注冊和管理信息的下發(fā)、上報。

TDMA無線群路幀結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖3所示。

圖3 TDMA無線群路幀結(jié)構(gòu)

基本突發(fā)幀幀長為 5120 bits，群路速率2560 kHz，突發(fā)幀幀頻 0.5 kHz。

①CP表示換頻關(guān)功放及多址保護時隙，共144 bits，持續(xù) 56 μs;

②QD表示解調(diào)同步時隙，共32 bits;

③BIT表示解調(diào)保護時隙，共32 bits;

④H表示下行突發(fā)幀幀頭，共16 bits;

⑤UH表示上行突發(fā)幀幀頭，共32 bits;

⑥數(shù)據(jù)時隙共4096 bits;

⑦FEC為前向糾錯的監(jiān)督位;

⑧Dis表示多址保護時隙;

⑨MN為中心站下發(fā)時延調(diào)整數(shù)值，共48 bits。

5 自動時延調(diào)整的設(shè)計實現(xiàn)

自動時延調(diào)整是通信設(shè)備自動、實時地測量出外圍站到中心站的通信時延，并根據(jù)時延數(shù)值自動調(diào)整外圍站的時延參數(shù)。自動時延調(diào)整測量得到的是通信信號的實際時延值，因而，也是非常準確的。

首先外圍站開機后，根據(jù)接收到的中心站幀定位信息上傳管理幀，該管理幀進行時延保護，不進行時延調(diào)整，利用管理幀幀定位信息，向中心站發(fā)送時延定位信號。中心站根據(jù)得到的外圍站上傳管理幀幀定位信號到達刻，與中心站發(fā)送幀定位時刻進行比較，通過計數(shù)器記出delay的值，即可得到時延調(diào)整值，如圖4所示。

圖4 時延調(diào)整值的計算

考慮在信道存在誤碼時，由于上行幀存在虛警概率，中心站單次測出的時延調(diào)整值并不準確，需要多次測量。在信道誤碼率為pe=1×10-2時，中心站連續(xù)測5次，測出外圍站的時延值，其中3次相同時的概率為:

此時可以較好地保證時延調(diào)整值的正確性。

中心站測量出該外圍站的時延數(shù)調(diào)整值后，將該數(shù)值通過管理信道發(fā)往外圍站;外圍站收到時延參數(shù)后，按照此參數(shù)進行設(shè)置，完成初始時延參數(shù)設(shè)置后，外圍站才開始進行正常數(shù)據(jù)通信。在以后的通信過程中，如果外圍站位置發(fā)生變化，中心站還必須實時地測量外圍站的時延數(shù)值變化，并通知外圍站。

6 結(jié)束語

時延調(diào)整作為TDMA微波通信系統(tǒng)必須具備的基本技術(shù)，與信道時延保護相比，自動時延調(diào)整的實現(xiàn)可以減少信道傳輸帶寬的冗余，提高業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸效率。

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